ACF 기술의 새로운 동향과 응용 분야

카메라 애플리케이션을 위한 새로운 입자 배열 ACF

1977년 덱세리얼즈의 전신 회사가 개발한 이방성 전도성 필름(ACF)은 전자 회로 연결용으로 제작된 세계 최초의 필름 소재였습니다. ACF는 열경화성 수지에 분산된 전도성 입자로 구성되어 있습니다. 열과 압력을 가하면 패드를 연결하게 됩니다.

2020년 12월, 덱세리얼즈는 새로운 ACF 시리즈 '카메라 모듈용 입자 배열 ACF'의 출시를 발표했습니다. 제품 중 하나인 "PAF50C6"는 카메라 모듈 및 터치 패널에서 패드 본딩의 소형화를 가능하게 하는 동시에 안정적인 연결을 보장합니다.

대구경 전도성 입자를 갖는 카메라 모듈 ACF

아래는 왼쪽에는 카메라 모듈 애플리케이션을 위해 새로 개발된 Particle-Arrayed ACF의 확대 이미지이고 오른쪽에는 디스플레이 연결에 사용되는 기존 ACF(PAF300C)입니다. 그림과 같이 왼쪽의 카메라 모듈 ACF의 입자 직경이 더 큽니다.

카메라 모듈의 전도성 입자는 다음과 같은 이유로 더 큽니다. 1. 인접한 접착 패드 사이의 간격은 디스플레이의 간격보다 넓으며 미세한 연결이 필요하지 않습니다. 2. 피착체, 회로 기판(세라믹 기판 또는 인쇄 회로 기판)의 변형 및 요철은 디스플레이에 사용되는 유리 기판보다 큽니다.

아래는 ACF의 입자가 대향하는 회로를 접속하는 모습의 모식도입니다. 왼쪽의 그림에서는, 소경 도전 입자를 채용하고 있습니다만, 단자간의 거리에 편차가 있기 때문에, 중간의 단자의 도통이 취해지고 있지 않습니다. 한편 대경 도전 입자를 채용한 오른쪽 그림에서는 왼쪽에 비해 넓은 거리의 단자간을 접속하는 것이 가능하게 되어 있습니다.

대경 도전 입자를 「정렬시킨」 이유란

카메라 모듈 ACF에서 전도성 입자의 크기를 증가시키는 것뿐만 아니라 목표 위치에 균일하게 배열해야 하는 이유는 무엇입니까? 주된 이유는 스마트폰 및 기타 장치에 사용되는 카메라 모듈의 성능 향상 및 소형화 요구 사항입니다.

아래 그림은 좌측은 기존 카메라 모듈 구조, 우측은 최신 카메라 모듈 구조의 단면을 보여줍니다. 스마트폰의 기능이 향상되고 더 높은 이미지 품질에 대한 요구가 증가함에 따라 카메라 모듈을 위한 공간이 계속 줄어들어 더 큰 센서를 위한 공간이 생겨나고 있습니다. 따라서 ACF 패드 접합 영역이 바깥쪽으로 당겨져 연결 영역이 120,000μm2에서 약 60,000μm2로 감소하여 이전 구조가 제공된 크기의 절반입니다.^​​^​​

아래는 카메라 모듈에 사용되는 대구경 전도성 입자를 가진 기존의 '입자 분산' ACF에 분산된 입자의 사진입니다. 파란색 프레임 안의 영역은 패드의 크기와 배열을 나타냅니다. ACF의 전도성 입자는 열과 압력에 의해 패드 사이에 끼워져 반대쪽 패드 사이에 전기 전도성을 생성합니다. 큰 직경의 전도성 입자 밀도 A [pcs/mm2]가 분산된 ACF(1)의 경우 패드 사이에 갇힌 입자가 적어 전기 저항이 높아질 수 있습니다.^​​

다음의 그림은 충분한 도통을 취하기 위해 앞서의 분산형 ACF①의 1.5배의 도전 입자를 분산시킨 분산형 ACF②의 입자의 분산의 모습입니다. 여기에서는 단자의 범위에 입자가 많이 존재하고 충분한 도통을 취할 수 있을 것입니다만, 입자가 연결되어 있는 것처럼 보이는 부분도 있어, 인접 단자간에 회로가 쇼트 할 가능성을 상상시킵니다.

마지막으로, 아래는 대구경 입자가 정렬된 새로 개발된 입자 배열 ACF의 분산된 입자 사진입니다. 배열된 입자의 수는 좋은 전도성을 얻기에 충분합니다. 또한 입자가 서로 접촉하지 않도록 정렬되어 단락의 위험을 최소화합니다. 입자를 정렬하면 접합 면적과 패드 간격이 줄어들어 카메라 모듈의 소형화가 가능합니다.

추가 기술의 응용에 형상 가공 ACF의 등장 배경

카메라 모듈 설계의 진화와 함께 개발된 새로운 대구경 입자 배열 ACF는 ACF 기술이 시장 및 새로운 애플리케이션 요구에 따라 어떻게 발전하는지 보여줍니다. 또 다른 예는 2021년 12월에 상용화된 "프리컷 ACF"입니다.

Pre-cut ACF는 패드의 보드 및 레이아웃과 일치하는 모양으로 변환되는 ACF 필름입니다. 디스플레이의 접착 패드는 종종 길쭉한 직사각형 모양으로 배열되어 기존 ACF의 긴 테이프 모양을 편리하게 만듭니다. 그러나 카메라 모듈에서 접합된 패드 표면은 종종 균일하지 않으며 완전히 연결할 필요가 없습니다. 아래 설계 예는 카메라 모듈의 설계에 따라 ACF를 변환하는 방법을 보여줍니다.

이 제품의 개발은 카메라 모듈을 조립하는 동안 전체 표면에 걸쳐 구성 요소를 접착하는 데 기존의 테이프 모양의 ACF를 사용할 때 발생하는 우려에서 비롯됩니다.  접착 후에는 오목한 공간에 갇힌 수증기 및 기타 가스가 빠져나갈 수 없습니다. 일반적으로 PCT(압력솥 테스트)와 같은 모듈 신뢰성 테스트 중에 문제를 일으킵니다.

위에서 언급한 문제는 패드 표면 전체를 접합하지 않고 특정 영역에만 ACF를 도포함으로써 해결됩니다. 따라서 회로 기판 내부 공간을 밀봉할 필요가 없습니다. 아래 그림 오른쪽의 예에서처럼, ACF를 두 장만 도포하면 접합된 패드 사이의 전도성은 그대로 유지하면서 가스가 틈새를 통해 빠져나갈 수 있습니다.